JP2008117545A - 液体送受用ジョイント装置及びこれを備えた燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】構造を簡略化し、部品点数が少なく小型で、安価に製造可能であり、液漏れを防止する液体送受用ジョイント装置及びこれを備えた燃料電池システムを提供する。
【解決手段】第１の液体流路を有する第１のハウジング１５と、これに移動可能に収容され、当該移動に応じて第１の液体流路を開閉する第１の弁体２０とを有する第１のジョイント装置１０と；第２の液体流路を有する第２のハウジング５５と、これに移動可能に収容され、当該移動に応じて第２の液体流路を開閉する第２の弁体６０と、第２のハウジング５５と第２の弁体６０との間に配設されたシール部材７０とを有する第２のジョイント装置５０；を備え、第２の弁体６０は、シール部材７０が弾性変形した際に、第１のハウジングに押圧されて第２の液体流路を開放し、その一部をシール部材７０から第１のジョイント装置１０に向けて相対的に延出し、第１の弁体２０を押圧して第１の液体流路を開放し、第１の液体流路と第２の液体流路とを連通させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、燃料電池やインクジェットプリンタ等における液体供給手段において、液体リザーバと液体アクセプタとの間に配設され、当該液体リザーバ内に収容された液体を液体アクセプタに導く液体送受用ジョイント装置、及びこれを備えた燃料電池システムに関する。

従来から、インクジェットプリンタ、液体燃料を用いたライターや燃料電池、医療用薬液投与装置等、液体を使用する各種機器として、外部から供給される液体を受容する液体アクセプタ（液体受容手段）を備えたものが広く普及されている。また、この液体アクセプタに液体を供給する手段として、内部に収容した液体を外部に流出させる様々な形態の液体リザーバ（液体供給手段）が提案されている。

前記液体リザーバは、内部に収容した液体が無くなった時に、液体リザーバ自体を直接新しいものと取り替えることができるカートリッジ式が主流となっており、液体によって手を汚すことが殆どなく、安全性が高く、液体アクセプタに液体を簡便に補給できるという利点がある。特に、前記液体として、人体に悪影響を与える虞があるものや、外気に触れると劣化が激しいもの等を用いる場合には、大変有効な液体供給手段である。

また、最近、液体を燃料として発電する燃料電池、特にメタノールを燃料としたメタノール直接型燃料電池（ＤＭＦＣ）は、多くの電機メーカ等により開発が盛んに行われており、例えば、ノートパソコン、携帯可能な各種電子機器、携帯電話等に使用する次世代の新型電池として期待されている。しかし、一般に、メタノールは、人体に対する影響が大きく、吸入すると中枢神経を冒し、めまい、下痢を起こすことがある。また、大量に吸入したり、眼に入ったりした場合は、視神経に障害を起こすことがあり、失明する可能性も高く、危険性の高い有毒な液体である。そのため、ＤＭＦＣにおいても、一般需要者等に安全にかつ簡便に燃料供給を行う際には、メタノールを直接取り扱うことがなく、液体リザーバをカートリッジとしてメタノールを供給する手段が最適であると考えられており、広く開発が行われている。（例えば、特許文献１〜特許文献３参照）。

前記液体アクセプタに、前記液体リザーバから液体を供給する際は、通常、液体アクセプタの液体受容口と、液体リザーバの液体供給口とを着脱可能に接続し、液体の送受を行う液体送受用ジョイント装置が用いられている。（例えば、特許文献４〜特許文献１２参照）。
特開２００３−３０８８７１号公報 特開平８−１２３０１号公報 特開２００３−３１７７５６号公報 特開平１０−７８９号公報 特開平８−５００４２号公報 特表２００３−５２８６９９号公報 特開２００３−２６６７３９号公報 特表２００１−５２４８９６号公報 特開２０００−２８９２２５号公報 特開平７−６８７８０号公報 特開平５−２５４１３８号公報 特開２００３−３３１８７９号公報

しかしながら、従来の液体送受用ジョイント装置は、部品点数が非常に多く複雑な構造となるため、小型化、コスト低減には限界がある。また、液体を送受する（流通させる）際に弁等が開く構造を有するため、液体リザーバや、液体アクセプタ内の圧力が高くなると、液漏れが生じやすい。そこで、構造の簡略化を達成すること、高内圧下でも液漏れを起こさないことが要求されており、さらに、スムーズで安全な着脱が可能な液体送受用ジョイント装置が強く求められている。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、構造を簡略化することにより、部品点数が少なく、小型で、安価に製造可能であると共に、内圧の高低に係わらず、幅広い条件下において、液漏れを起こすことを防止することができる液体送受用ジョイント装置、及びこれを備えた燃料電池システムを提供することを目的とする。

この目的を達成するため本発明は、液体を収容する液体リザーバと、当該液体リザーバに収容された液体を受容する液体アクセプタとを接続する液体送受用ジョイント装置であって、前記液体リザーバ及び液体アクセプタの一方に配設される第１のジョイント装置と、前記液体リザーバ及び液体アクセプタの他方に配設されると共に、前記第１のジョイント装置と接続可能な第２のジョイント装置と、を備え、前記第１のジョイント装置は、第１の液体流路を有する第１のハウジングと、前記第１のハウジング内に移動可能に収容され、当該移動に応じて前記第１の液体流路を開閉する第１の弁体と、を備え、前記第２のジョイント装置は、第２の液体流路を有する第２のハウジングと、前記第２のハウジング内に移動可能に収容され、当該移動に応じて前記第２の液体流路を開閉する第２の弁体と、前記第２のハウジングと第２の弁体との間に配設され、前記第２の液体流路を閉鎖する際に、当該第２のハウジングと第２の弁体との間をシールすると共に、前記第１のジョイント装置と第２のジョイント装置とを接続した際に、前記第１のハウジングに当接して弾性変形し且つ当該第２の弁体と第１のジョイント装置との間をシールするシール部材と、を備え、前記第２の弁体は、前記シール部材が弾性変形した際に、前記第１のハウジングに押圧されて移動し、前記第２の液体流路を開放すると共に、その一部を当該シール部材から前記第１のジョイント装置に向けて相対的に延出し、前記第１の弁体を押圧して移動させ、前記第１の液体流路を開放し、前記第１の液体流路と第２の液体流路とを連通させる液体送受用ジョイント装置を提供するものである。

この構成を備えた液体送受用ジョイント装置は、第１のジョイント装置と第２のジョイント装置とを接続した際に、第１のハウジングが第２の弁体を移動させ、前記第２の液体流路を開放すると共に、第２の弁体の一部が当該シール部材から前記第１のジョイント装置に向けて相対的に延出し、前記第１の弁体を押圧して移動させ、前記第１の液体流路を開放し、前記第１の液体流路と第２の液体流路とを連通させる構成を備えており、且つ、当該第１の液体流路と第２の液体流路とが連通する際には、前記第２のハウジングと第２の弁体との間、及び前記第２の弁体と第１のジョイント装置との間は、シール部材によって確実にシールされる。したがって、構造を簡略化することができ、部品点数が少なくなり、小型化が達成されると共に、液体リザーバ及び液体アクセプタの内圧の高低に係わらず、幅広い条件下において、液漏れを起こすことを防止することができる。

また、本発明にかかる液体送受用ジョイント装置は、前記第２のハウジングと第２の弁体は、両者が前記シール部材を介して当接し、前記第２の液体流路を閉鎖する際に、当該第２の弁体の移動方向に略垂直な面がシール面となるよう構成することができる。このように構成することで、シール面積を大きくとることができると共に、前記シール部材は、前記第２の弁体の移動によって、第２のハウジングのシール面に押圧されることになるため、さらに確実にシールすることができる。

そしてまた、本発明にかかる液体送受用ジョイント装置は、前記第１のハウジング及び第２のハウジングの少なくとも一方を、前記シール部材よりも剛性が高い材料から形成することができる。このように構成することで、より一層確実に安定したシールを行うことができる。また、前記第１のハウジング及び第２のハウジングの両方を前記シール部材よりも剛性が高い材料から形成すれば、さらに確実に安定したシールを行うことができる。ここで、前記シール部材は、弾性体（例えば、ゴムやエラストマー等）から構成することができるが、弾性体同士を密着させた場合、仮に外部から不要な力が加えられると、両者が変形する虞があり、安定した密着を維持することが困難となる虞もある。一方、剛体と弾性体とを密着させた場合は、仮に外部から不要な力が加えられたとしても、剛体が弾性体を支持し、その形状を維持するため、安定した密着を行うことができる。

また、本発明にかかる液体送受用ジョイント装置では、前記第１のジョイント装置を前記液体リザーバに配設し、前記第２のジョイント装置を前記液体アクセプタに配設することができる。この場合、前記第１の液体流路は、前記第２の液体流路が開放された後に開放されるよう構成する。このようにすることで、第１のジョイント装置と第２のジョイント装置を接続し、液体リザーバから液体アクセプタに前記液体を供給する際には、先ず、液体アクセプタ側の液体流路（第２の液体流路）が開き、液体の受け入れ準備が完了した後、液体リザーバ側の液体流路（第１の液体流路）が開き、液体を供給することになるため、前記利点に加え、第１のジョイント装置と第２のジョイント装置を接続した際に、両者の間から液漏れが生じることを防止することができる。

また、本発明にかかる液体送受用ジョイント装置の一実施態様としては、前記第１のハウジング内に、前記第１の弁体を付勢して前記移動を行わせる第１の付勢部材を配設し、前記第２のハウジング内に、前記第２の弁体を付勢して前記移動を行わせる第２の付勢部材を配設した構成とすることもできる。また、この構成の場合、前記第１のジョイント装置を前記液体リザーバに配設し、前記第２のジョイント装置を前記液体アクセプタに配設し、前記第１の付勢部材の付勢力を、前記第２の付勢部材の付勢力よりも大きくすることができる。このようにすることで、第１のジョイント装置と第２のジョイント装置を接続し、液体リザーバから液体アクセプタに前記液体を供給する際には、先ず、液体アクセプタ側の液体流路（第２の液体流路）が開いた後、液体リザーバ側の液体流路（第１の液体流路）が開くことになるため、第１のジョイント装置と第２のジョイント装置を接続した際に、両者の間から液漏れが生じることを防止することができる。

そしてまた、前記第１のジョイント装置と第２のジョイント装置は、スナップフィットにより着脱可能に接続することもできる。また、前記第１のジョイント装置を前記液体リザーバに配設し、前記第２のジョイント装置を前記液体アクセプタに配設した場合、前記第１のジョイント装置と第２のジョイント装置は、両者を接続した際に、当該第１のハウジングの少なくとも一部が、前記第２のハウジング内に収容されるよう構成することもできる。このようにすることで、前記利点に加え、第１のジョイント装置と第２のジョイント装置をより安定した状態で接続することができる。

さらにまた、前記第１のジョイント装置と第２のジョイント装置を、スナップフィットにより着脱可能に接続する構成としては、例えば、当該第１のジョイント装置に第１の係合部を形成し、第２のジョイント装置に、前記第１の係合部に着脱可能に係合する第２の係合部を形成し、当該第１の係合部と第２の係合部とを係合させ、あるいは当該係合を解除することで、前記第１のジョイント装置と第２のジョイント装置を、スナップフィットにより着脱可能に接続する構成が挙げられる。すなわち、この場合、前記第１の係合部と第２の係合部とで、スナップフィット機構を構成するが、この第１の係合部及び第２の係合部には、第１のジョイント装置と第２のジョイント装置とを接続する際に、両者の中心出し（位置決め）を行うと共に、第１のジョイント装置と第２のジョイント装置とが正しい組合せである場合のみに係合する誤接続防止キー（誤挿入防止のためのメカニカルキー）の機能を持たせることができる。このようにすることで、液体アクセプタに対し不適切な液体リザーバから不適切な液体が供給されることを防止することができる。

そしてまた、前記第１のジョイント装置を前記液体リザーバに配設し、前記第２のジョイント装置を前記液体アクセプタに配設し、前記第１のジョイント装置と第２のジョイント装置を、スナップフィットにより着脱可能に接続する場合、第１のジョイント装置に、外部から誤って素手で第１の弁体に接触することを防止するカバー部を形成し、誤動作を防止するチャイルドプルーフ機能を持たせることもできる。

このように、本発明にかかる液体送受用ジョイント装置は、スナップフィット機構を備え、このスナップフィット機構が、誤接続防止キー（誤挿入防止のためのメカニカルキー）の機能を有し、且つ前記液体リザーバに配設される第１のジョイント装置にチャイルドプルーフ機能を付加するよう構成することもできる。

また、本発明は、燃料電池と、液体燃料を収容する液体リザーバと、前記液体リザーバから供給される液体燃料を受容して前記燃料電池に供給する液体アクセプタと、前述した本発明にかかる液体送受用ジョイント装置と、を備えてなる燃料電池システムを提供するものである。

この構成を備えた燃料電池システムは、前述した利点を有する液体送受用ジョイント装置を備えているため、構造を簡略化することができ、部品点数が少なくなり、小型化が達成されると共に、液体リザーバ及び液体アクセプタの内圧の高低に係わらず、幅広い条件下において、液漏れを起こすことを防止することができる。なお、前記液体燃料は、特に限定されるものではないが、メタノールを含むことができる。

本発明にかかる液体送受用ジョイント装置は、第１のジョイント装置と第２のジョイント装置とを接続した際に、第１のハウジングが第２の弁体を移動させて第２の液体流路を開放すると共に、当該第２の弁体の一部がシール部材から第１のジョイント装置に向けて相対的に延出し、前記第１の弁体を押圧して移動させて第１の液体流路を開放し、前記第１の液体流路と第２の液体流路とを連通させ、且つ、前記第２のハウジングと第２の弁体との間、及び前記第２の弁体と第１のジョイント装置との間は、シール部材によって確実にシールされる構成を備えている。この結果、構造を簡略化することができ、部品点数が少なくなり、小型化が達成されると共に、液体リザーバ及び液体アクセプタの内圧の高低に係わらず、幅広い条件下において、液漏れを起こすことを防止することができ、信頼性の高い液体送受用ジョイント装置を提供することができる。

また、本発明にかかる燃料電池システムは、前述した利点を有する液体送受用ジョイント装置を備えているため、構造を簡略化することができ、部品点数が少なくなり、小型化が達成されると共に、液体リザーバ及び液体アクセプタの内圧の高低に係わらず、幅広い条件下において、液漏れを起こすことを防止することができる。この結果、高性能で信頼性の高い燃料電池システムを提供することができる。

次に、本発明の好適な実施の形態にかかる液体送受用ジョイント装置、及びこれを備えた燃料電池システムについて図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施の形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。

図１は、本発明の実施の形態にかかる液体送受用ジョイント装置の側面図であって、第１のジョイント装置と第２のジョイント装置が接続されていない状態を示す図、図２は、本実施の形態にかかる液体送受用ジョイント装置の側面図であって、第１のジョイント装置と第２のジョイント装置が接続された状態を示す図、図３は、図１に示すIII−III線に沿った断面図、図４は、図３に対応する断面図であって、第１のジョイント装置と第２のジョイント装置が接続する初期の状態を示す図、図５は、図３に対応する断面図であって、第１のジョイント装置と第２のジョイント装置を接続させ、第２のジョイント装置の液体流路が開放された状態を示す図、図６は、図３に対応する断面図であって、第１のジョイント装置と第２のジョイント装置を接続させ、第１のジョイント装置の液体流路も開放された状態を示す図、図７は、図１に示す第１のジョイント装置を液体リザーバの筐体に配設し、第２のジョイント装置を液体アクセプタの筐体に接続した状態を示す一部側面図、図８は、本発明の実施の形態にかかる燃料電池システムの概略図である。

図１〜図７に示すように、本実施の形態にかかる液体送受用ジョイント装置１は、液体が収容された液体リザーバの筐体１００に配設される第１のジョイント装置１０と、液体リザーバから供給される液体を受容する液体アクセプタの筐体２００に配設される第２のジョイント装置５０を備えている。この液体送受用ジョイント装置１は、筐体１００に配設された第１のジョイント装置１０と、筐体２００に配設された第２のジョイント装置５０を接続することで、液体リザーバと液体アクセプタとを接続し、液体リザーバ内に収容されている液体を、液体アクセプタに供給する。

なお、液体リザーバは、特に限定されるものではないが、例えば、液体燃料が収容された液体燃料カートリッジ、液体インクが収容されたインクカートリッジ、薬液が収容された薬液カートリッジ等が挙げられる。また、液体アクセプタも同様に、特に限定されるものではないが、例えば、液体燃料カートリッジから供給される液体燃料を使用する燃料電池やライター等の機器類、インクカートリッジから供給されるインクを使用するプリンタ等の機器類、薬液カートリッジから供給される薬液を使用する各種医療機器や実験機器類等が挙げられる。

なお、液体アクセプタとして、燃料電池を用いる場合は、図８に示すように、燃料電池ＦＣの筐体２００と、液体燃料が収容された液体アクセプタの筐体１００とを、液体送受用ジョイント装置１によって接続すればよい。この場合、液体アクセプタとしての燃料電池としては、メタノール直接型の燃料電池（ＤＭＦＣ）が挙げられ、例えば、パーフルオロスルホン酸系ポリマーなどからなる電解質膜と、この電解質膜の一方の面に設けられるアノード電極と、他方の面に設けられるカソード電極と、両電極を挟むように配置される一対のセパレータを備えている。この燃料電池システムでは、液体リザーバとしての燃料カートリッジから液体アクセプタとしての燃料電池に供給された燃料（メタノール）は、例えば、ポンプによってアノード電極側に供給されるようになっている。一方、カソード電極には、大気中の空気を送り込むことによって酸素が供給されるようになっている。この場合、空気を送り込むための経路の途中には例えばファンなどからなる送風機構が設けられていることが好ましく、これによれば必要に応じて酸素の供給量を増加させることが可能となる。このようにして供給されるメタノールと酸素は、化学反応により発電し、当該反応後は水またはＣＯ₂として燃料電池システムの外部へと排出される。

第１のジョイント装置１０は、第１のハウジング１５と、第１のハウジング１５内に移動可能に収容された第１の弁体２０と、第１のハウジング１５内に配設され、第１の弁体２０を付勢する第１のコイルバネ２５とを備えている。

第１のハウジング１５は、例えば、プラスチック等から形成され、筐体１００に取付けられるベース部１３と、ベース部１３に取付けられた雄型ジョイント部１４とを有している。

ベース部１３の略中央部分には、液体リザーバに収容された液体を第１のハウジング１５内に供給する供給口１１が形成されている。また、ベース部１３には、供給口１１の略中央部分となる位置に、雄型ジョイント部１４に向けて突出し、第１の弁体２０の移動をガイドすると共に、当該移動を制限する略円柱状のストッパ１６が形成されている。

雄型ジョイント部１４の先端（ベース部１３から離れた側の端面）であって、供給口１１と対向する位置には、供給口１１から供給された液体を排出する排出口１２が形成されている。また、雄型ジョイント部１４の外周面には、後に詳述する雌型ジョイント部５４に形成された４つの係合爪６７が各々係合可能な係合突起２９が、互いに等間隔をおいて４箇所形成されている。そして、このベース部１３の内壁と、雄型ジョイント部１４の内壁によって画定された空間に、第１の弁体２０が第１のコイルバネ２５を介して移動可能に配設されると共に、前記液体が収容される。

第１の弁体２０は、ストッパ１６が進退可能に挿入される略円柱形のストッパ挿入孔２１を画定する円筒部２２と、円筒部２２にフランジ２３を挟んで配設され、排出口１２に進退可能に挿入される略円柱形の押圧部２４とを有している。フランジ２３のベース部１３側の面には、第１のコイルバネ２５の一端が固定されており、この第１のコイルバネ２５の他端は、ベース部１３に固定されている。そして、第１の弁体２０は、第１のコイルバネ２５の付勢力により、常に排出口１２側に付勢されており、図３に示すように、通常の状態では、ストッパ挿入孔２１内にストッパ１６の先端部が挿入され、排出口１２に押圧部２４が挿入されている。ここで、押圧部２４は、雄型ジョイント部１４から外部に延出しておらず、また、排出口１２は、例えば、直径１ｍｍ程度の小径であるため、仮に、子供等が触れたとしても、第１の弁体２０に誤って接触することがないよう工夫されている。（チャイルドプルーフ加工がなされている）。すなわち、雄型ジョイント部１４は、排出口１２を画定する端面が、外部から誤って素手で第１の弁体２０に接触することを防止するカバー部となっている。また、フランジ２３の排出口１２側の面には、Ｏリング２８が配設されている。このＯリング２８は、図３に示すように、通常の状態では、フランジ２３の排出口１２側の面と、雄型ジョイント部１４の内壁との間に配設され、両者間をシールすることで、供給口１１から排出口１２に至る第１の液体流路を封鎖している。また、押圧部２４には、液体が流通するための液体通路２６が形成されている。

第２のジョイント装置５０は、第２のハウジング５５と、第２のハウジング５５内に移動可能に収容された第２の弁体６０と、第２のハウジング５５内に配設され、第２の弁体６０を付勢する第２のコイルバネ６５と、第２のハウジング５５と第２の弁体６０との間をシールするシール部材７０とを備えている。

第２のハウジング５５は、例えば、プラスチック等から形成され、筐体２００に取付けられるベース部５３と、ベース部５３に取付けられた雌型ジョイント部５４とを有している。

ベース部５３の略中央部分には、液体アクセプタに供給液体を排出するための排出口５２が形成されている。また、ベース部５３の略中央には、第２の弁体６０の一端６１が進退可能に配設される配設孔５６が形成されている。この配設孔５６は、第２の弁体６０の一端６１の進退移動をガイドする役割も果たしている。ベース部５３の配設孔５６を画定する内壁部分は、第２のハウジング５５の内側に向けて凸状に形成された凸部６８からなり、後に詳述する第２の弁体６０が配設孔５６側に移動した際に、凸部６８の端面が第２の弁体６０に当接することで、第２の弁体６０の移動を制限している。

雌型ジョイント部５４は、その略中央部に、雄型ジョイント部１４を収容可能な略円筒形の凹部６４が形成されている。この凹部６４を画定する側壁は、雄型ジョイント部１４側が、互いに等間隔をおいて４つに分割されており、その各々の先端には、雄型ジョイント部１４に形成された係合突起２９に係合可能な係合爪６７が形成されている。そして、第１のジョイント装置１０と第２のジョイント装置５０とを接続した際に、雄型ジョイント部１４が雌型ジョイント部５４に収容されて、係合爪６７が係合突起２９に着脱可能に係合し、両者がスナップフィット式に着脱される。すなわち、本実施の形態では、係合突起２９が、第１のジョイント装置１０のスナップフィット部を構成し、係合爪６７が、第２のジョイント装置５０のスナップフィット部を構成し、係合突起２９と係合爪６７でスナップフィット機構を構成している。なお、このベース部５３の内壁と、雌型ジョイント部５４の内壁によって画定された空間に、第２の弁体６０が第２のコイルバネ６５を介して移動可能に配設され且つシール部材７０が配設されている。

第２の弁体６０は、略円柱状の一端６１が、ベース部５３に形成された配設孔５６に進退移動可能に配設され、略円柱状の他端６２が、後に詳述するシール部材７０に形成された配設孔６６に進退移動可能に配設されている。略円柱状の一端６１と、略円柱状の他端６２との間には、略円盤状のフランジ６３が形成されており、このフランジ６３のベース部５３側の面に、第２のコイルバネ６５の一端が固定されており、この第２のコイルバネ６５の他端は、ベース部５３に固定されている。この第２の弁体６０は、第２のコイルバネ６５の付勢力により、常に雌型ジョイント部５４側に付勢されている。また、第２の弁体６０の他端６２には、液体が流通するための液体通路７１が形成されている。なお、本実施の形態では、この第２のコイルバネ６５として、第１のコイルバネ２５の付勢力よりも小さい付勢力を有するものを使用した。

シール部材７０は、例えば、ゴムやエラストマ等の弾性体から形成され、その略中央部に位置し且つ略半球状を有する半球部７５と、半球部７５の外周に連続して形成されたフランジ７６とを有している。この半球部７５と第２の弁体６０との間には、空間が形成されており、半球部７５は外部から押圧された際に、この空間に退避することで弾性変形可能となっている。また、半球部７５の略中央部には、第２の弁体６０の他端６２が進退移動可能に配設される配設孔６６が形成されており、配設孔６６の外周面には、略リング状の凸形状を有するラビリンスシール７７が形成されている。一方、フランジ７６は、ベース部５３と雌型ジョイント部５４により挟持されている。このシール部材７０には、図３に示すように、通常の状態では、第２の弁体６０が密着しており、第２の弁体６０と雌型ジョイント部５４の内壁との間をシールし、液体通路７１から排出口５２に至る第２の液体流路を封鎖している。この時、第２の弁体６０とシール部材７０とのシール面は、第２の弁体６０の移動方向に略垂直な面からなり、雌型ジョイント部５４の内壁とシール部材７０とのシール面も同様に、第２の弁体６０の移動方向に略垂直な面からなる。したがって、シール面積を大きくとることができると共に、シール部材７０は、第２の弁体６０の移動によって、雌型ジョイント部５４の内壁（シール面）に押圧されることになるため、確実にシールすることができる。

なお、第１のハウジング１５及び第２のハウジング５５を形成するプラスチックとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、メタクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマー、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフタルアミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリメチルペンテン、フッ素樹脂、ポリフッ化ビニリデン、ＴＥＦＥ、ＰＦＡ、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。また、本実施の形態では、ＤＭＦＣに用いられることを考慮し、耐メタノール性の高いポリプロピレンを用いた。

また、シール部材７０を形成するゴムやエラストマ等としては、公知の様々な弾性材料を用いることができる。具体的には、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、シンジオタクチック1、２−ポリブタジエン、イソプレンゴム、アクリニトリル−ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレンターポリマー、ブチルゴム、アクリルゴム、クロルスルフォン化ポリエチレン、シリコーンゴム、フッ化ビニリデン系ゴム、テトラフロロエチレン・プロピレン系ゴム、テトラフロロエチレン・パーフロロメチルビニルエーテル系ゴム、フロロシリコーン系ゴム、エピクロルヒドリンゴム、多硫化ゴム、ウレタンゴム、天然ゴム等が挙げられ、これら１種または２種以上を混合して用いることができる。

次に、本実施の形態にかかる液体送受用ジョイント装置１の具体的動作について説明する。

第１のジョイント装置１０が配設された液体リザーバに収容された液体を、第２のジョイント装置５０が配設された液体アクセプタに供給するには、先ず、図４に示すように、第１のジョイント装置１０の雄型ジョイント部１４を、第２のジョイント装置５０の雌型ジョイント部５４に挿入する。この時、雄型ジョイント部１４に形成された係合突起２９と、第２のジョイント装置５０に形成された係合爪６７とを係合させるよう挿入することで、雄型ジョイント部１４と雌型ジョイント部５４との中心出し（位置決め）が行われ、両者は最適な状態で接続される。そして、雄型ジョイント部１４とシール部材７０とが接触し、両者間がシールされると共に、第１の弁体２０の押圧部２４の先端面と、第２の弁体６０の先端面とが接触する。

ここで、本実施の形態では、シール部材７０は、ゴム等から形成されており、雄型ジョイント部１４は、プラスチック（すなわち、シール部材７０よりも剛性が高い材料）から形成されているため、弾性部材同士が密着する場合よりもシール性を向上することができる。また、係合突起２９と係合爪６７は、液体アクセプタに対し、正しい液体リザーバが選択されていない場合、互いに係合し合うことがないため、液体アクセプタに対し不適切な液体リザーバから不適切な液体が供給されることを防止することができる。すなわち、係合突起２９と係合爪６７（スナップフィット機構）が、第１のジョイント装置と第２のジョイント装置とが正しい組合せである場合のみに係合する誤接続防止キー（誤挿入防止のためのメカニカルキー）の役割を果たしている。また、液体リザーバ側に配設される第１のジョイント装置１０の雄型ジョイント部１４は、排出口１２を画定する端面が、外部から誤って素手で第１の弁体２０に接触することを防止するカバー部となっているため、チャイルドプルーフ機能も有している。

次に、雄型ジョイント部１４をさらに挿入すると、図５に示すように、雄型ジョイント部１４がシール部材７０と第２の弁体６０の略円柱状の他端６２を押圧し、シール部材７０の半球部７５が押し潰され始めると共に、第２の弁体６０は、第２のコイルバネ６５の付勢力に抗して配設孔５６側に移動し、凸部６８の端面に当接する。第２の弁体６０がこの移動を行う際は、一端６１が配設孔５６を画定する内壁によってガイドされるため、安定した移動を行うことができる。また、この時点では、半球部７５は未だ完全に押し潰されておらず、第２の弁体６０との間には隙間が形成されている。この動作により、第２の弁体６０がシール部材７０のフランジ７６から離れ、液体通路７１から排出口５２に至る第２の液体流路が開放される。この一連の動作において、第２のコイルバネ６５の付勢力が、第１のコイルバネ２５の付勢力よりも小さいため、雄型ジョイント部１４がシール部材７０と第２の弁体６０の略円柱状の他端６２を押圧した際に、第２の弁体６０の方が第１の弁体２０よりも先に移動することになる。そして、第２のジョイント装置５０が配設されている液体アクセプタ側の液体の受け入れ準備が完了することになる。

次に、図５に示す状態から、雄型ジョイント部１４をさらに挿入すると、図６に示すように、雄型ジョイント部１４がシール部材７０と第２の弁体６０の略円柱状の他端６２をさらに押圧し、シール部材７０の半球部７５が押し潰され、第２の弁体６０の他端６２が半球部７５に形成された配設孔６６から第１のジョイント装置１０に向けて延出し、雄型ジョイント部１４に形成された排出口１２から第１のハウジング１５内に侵入して第１の弁体２０を押圧する。この動作により、第１の弁体２０は、第１のコイルバネ２５の付勢力に抗して供給口１１側に移動し、第１の弁体２０が雄型ジョイント部１４から離れ、供給口１１から排出口１２に至る第１の流路が開放される。第１の弁体２０がこの移動を行う際は、ストッパ挿入孔２１に挿入されたストッパ１６によってガイドされるため、安定した移動を行うことができる。

以上の動作により、第１の液体流路と第２の液体流路とが連通し、液体リザーバ内に収容されている液体が、液体送受用ジョイント装置１を介して液体アクセプタ内に供給される。このように、先ず、液体アクセプタ側に通じる第２の液体流路が開放された後、液体リザーバ側に通じる第１の液体流路が開放されるため、第１のジョイント装置１０と第２のジョイント装置５０を接続した際に、両者の間から液漏れが生じることを防止することができる。また、第１のジョイント装置１０と第２のジョイント装置５０は、スナップフィット式により接続されているため、安定した状態で液体の供給を行うことができると共に、第１のジョイント装置１０と第２のジョイント装置５０との間は、シール部材７０と雄型ジョイント部１４との密着によりシールされるが、シール部材７０にラビリンスシール７７が形成されていることに加え、シール部材７０と、このシール部材７０よりも剛性が高い材料から形成された雄型ジョイント部１４との密着となるため、確実なシールが行われる。

その後、液体リザーバから液体アクセプタへの液体の供給を終了する際は、第１のジョイント装置１０を第２のジョイント装置５０から取外せばよい。この時、第１のジョイント装置１０と第２のジョイント装置５０は、スナップフィット式で接続されているため、第１のジョイント装置１０は、第２のジョイント装置５０から簡単に取り外される。第１のジョイント装置１０を第２のジョイント装置５０から取外すと、先ず、第１のコイルバネ２５の付勢力によって、第１の弁体２０が排出口１２側に向けて移動し、第１の弁体２０がＯリング２８を介して雄型ジョイント部１４の内壁に密着し、供給口１１から排出口１２に至る第１の流路が閉鎖される。次に、シール部材７０が弾性復元されると共に、第２のコイルバネ６５の付勢力によって、第２の弁体６０がシール部材７０側に向けて移動してシール部材７０に密着し、液体通路７１から排出口５２に至る第２の液体流路が閉鎖される。このように、先ず、液体リザーバ側に通じる第１の液体流路が閉鎖された後、液体アクセプタ側に通じる第２の液体流路が閉鎖されるため、第１のジョイント装置１０と第２のジョイント装置５０との接続を解除した際に、両者の間から液漏れが生じることを防止することができる。

なお、本実施の形態では、第１のジョイント装置１０を液体リザーバ側の筐体１００に配設し、第２のジョイント装置５０を液体アクセプタ側の筐体２００に配設した場合について説明したが、これに限らず、所望により、第１のジョイント装置１０を液体アクセプタ側の筐体２００に配設し、第２のジョイント装置５０を液体リザーバ側の筐体１００に配設してもよい。なお、この場合、第１のコイルバネ２５の付勢力を第２のコイルバネ６５の付勢力よりも小さくし、液体アクセプタ側に通じる第１の液体流路が開放された後、液体リザーバ側に通じる第２の液体流路が開放されるよう構成することが、第１のジョイント装置１０と第２のジョイント装置５０を接続した際に、両者の間から液漏れが生じることをより確実に防止するうえでこのましい。

また、本実施の形態では、第１のハウジング１５をベース部１３と雄型ジョイント部１４により構成した場合について説明したが、これに限らず、第１のハウジング１５は、第１の液体流路を有し、第１の弁体２０を内蔵可能であれば、ベース部１３と雄型ジョイント部１４とが一体的に形成されていてもよい。

そしてまた、本実施の形態では、第２のハウジング５５をベース部５３と雌型ジョイント部５４により構成した場合について説明したが、これに限らず、第２のハウジング５５は、第２の液体流路を有し、第２の弁体６０を内蔵可能であれば、ベース部５３と雌型ジョイント部５４とが一体的に形成されていてもよい。

また、本実施の形態では、シール部材７０を、半球部７５とフランジ７６により構成した場合について説明したが、これに限らず、シール部材７０は、第２のハウジング５５と第２の弁体６０との間に配設され、第２の液体流路を閉鎖する際に、第２のハウジング５５と第２の弁体６０との間をシールすると共に、第１のジョイント装置１０と第２のジョイント装置５０とを接続した際に、雄型ジョイント部１４に当接して弾性変形し、第２の弁体６０と雄型ジョイント部１４との間をシールすることが可能であれば、他の構成を備えていてもよい。

本発明の実施の形態にかかる液体送受用ジョイント装置の側面図であって、第１のジョイント装置と第２のジョイント装置が接続されていない状態を示す図である。 本実施の形態にかかる液体送受用ジョイント装置の側面図であって、第１のジョイント装置と第２のジョイント装置が接続された状態を示す図である。 図１に示すIII−III線に沿った断面図である。 図３に対応する断面図であって、第１のジョイント装置と第２のジョイント装置が接続する初期の状態を示す図である。 図３に対応する断面図であって、第１のジョイント装置と第２のジョイント装置を接続させ、第２のジョイント装置の液体流路が開放された状態を示す図である。 図３に対応する断面図であって、第１のジョイント装置と第２のジョイント装置を接続させ、第１のジョイント装置の液体流路も開放された状態を示す図である。 図１に示す第１のジョイント装置を液体リザーバの筐体に配設し、第２のジョイント装置を液体アクセプタの筐体に接続した状態を示す一部側面図である。 本発明の実施の形態にかかる燃料電池システムの概略図である。

符号の説明

１ 液体送受用ジョイント装置
１０ 第１のジョイント装置
１１ 供給口
１２ 排出口
１３、５３ ベース部
１４ 雄型ジョイント部
１５ 第１のハウジング
２０ 第１の弁体
２５ 第１のコイルバネ
５０ 第２のジョイント装置
５２ 排出口
５４ 雌型ジョイント部
５５ 第２のハウジング
６０ 第２の弁体
６５ 第２のコイルバネ
６７ 係合爪
７０ シール部材
７５ 半球部
１００、２００ 筐体

Claims (9)

1. 液体を収容する液体リザーバと、当該液体リザーバに収容された液体を受容する液体アクセプタとを接続する液体送受用ジョイント装置であって、
   前記液体リザーバ及び液体アクセプタの一方に配設される第１のジョイント装置と、
   前記液体リザーバ及び液体アクセプタの他方に配設されると共に、前記第１のジョイント装置と接続可能な第２のジョイント装置と、
   を備え、
   前記第１のジョイント装置は、第１の液体流路を有する第１のハウジングと、前記第１のハウジング内に移動可能に収容され、当該移動に応じて前記第１の液体流路を開閉する第１の弁体と、を備え、
   前記第２のジョイント装置は、第２の液体流路を有する第２のハウジングと、前記第２のハウジング内に移動可能に収容され、当該移動に応じて前記第２の液体流路を開閉する第２の弁体と、前記第２のハウジングと第２の弁体との間に配設され、前記第２の液体流路を閉鎖する際に、当該第２のハウジングと第２の弁体との間をシールすると共に、前記第１のジョイント装置と第２のジョイント装置とを接続した際に、前記第１のハウジングに当接して弾性変形し且つ当該第２の弁体と第１のジョイント装置との間をシールするシール部材と、
   を備え、
   前記第２の弁体は、前記シール部材が弾性変形した際に、前記第１のハウジングに押圧されて移動し、前記第２の液体流路を開放すると共に、その一部を当該シール部材から前記第１のジョイント装置に向けて相対的に延出し、前記第１の弁体を押圧して移動させ、前記第１の液体流路を開放し、前記第１の液体流路と第２の液体流路とを連通させる液体送受用ジョイント装置。
2. 前記第２のハウジング及び第２の弁体は、前記第２の液体流路を閉鎖する際に、当該第２の弁体の移動方向に略垂直な面がシール面となる請求項１記載の液体送受用ジョイント装置。
3. 前記第１のハウジング及び第２のハウジングの少なくとも一方が、前記シール部材よりも剛性が高い材料から形成されてなる請求項１または請求項２記載の液体送受用ジョイント装置。
4. 前記第１のジョイント装置が前記液体リザーバに配設され、前記第２のジョイント装置が前記液体アクセプタに配設されてなり、前記第１の液体流路は、前記第２の液体流路が開放された後に開放される請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の液体送受用ジョイント装置。
5. 前記第１のハウジング内に、前記第１の弁体を付勢して前記移動を行わせる第１の付勢部材が配設され、前記第２のハウジング内に、前記第２の弁体を付勢して前記移動を行わせる第２の付勢部材が配設されてなる請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の液体送受用ジョイント装置。
6. 前記第１のジョイント装置が前記液体リザーバに配設され、前記第２のジョイント装置が前記液体アクセプタに配設されてなり、前記第１の付勢部材の付勢力が、前記第２の付勢部材の付勢力よりも大きい請求項５記載の液体送受用ジョイント装置。
7. 前記第１のジョイント装置が前記液体リザーバに配設され、前記第２のジョイント装置が前記液体アクセプタに配設されてなり、当該第１のジョイント装置と第２のジョイント装置は、スナップフィットにより着脱可能に接続され、前記両者を接続した際に、前記第１のハウジングの少なくとも一部が、前記第２のハウジング内に収容される請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の液体送受用ジョイント装置。
8. 燃料電池と、
   液体燃料を収容する液体リザーバと、
   前記液体リザーバから供給される液体燃料を受容して前記燃料電池に供給する液体アクセプタと、
   請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の液体送受用ジョイント装置と、
   を備えてなる燃料電池システム。
9. 前記液体燃料が、メタノールを含む請求項８記載の燃料電池システム。

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